федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
ПЕРВЫЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени И.М.СЕЧЕНОВА Министерства здравоохранения Российской Федерации
(Сеченовский Университет)
Утверждено
Ученый совет ФГАОУ ВО Первый МГМУ
им.И.М.Сеченова Минздрава России
(Сеченовский Университет)
«______»_____________________20____
протокол № ______________________
______________________
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
БАЗЫ ДАННЫХ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ БИОИНФОРМАТИКИ
(наименование дисциплины)
основная профессиональная образовательная программа высшего образования программа специалитета
______________________020000 Естественные науки _____________________
указывается код и наименование укрупненной группы специальностей (направлений подготовки)
_________________06.05.01 Биоинженерия и биоинформатика ________________
указывается код и наименование направления подготовки (специальности)
Трудоемкость дисциплины ____________9____________ зачетных единиц
1. Цель и задачи освоения дисциплины «Базы данных и основные методы
биоинформатики» (далее – дисциплина).
Целью освоения дисциплины является участие в формировании предусмотренных
ФГОС ВО компетенций:
способность порождать новые идеи, выявлять фундаментальные проблемы,
формулировать задачи, связанные с реализацией профессиональных функций,
использовать для их решения методы изученных наук (ОПК-4);
способность применять методы … биоинформатики для получения новых знаний и
для получения биологических объектов с целенаправленно измененными свойствами,
применять современные методы исследований, определять актуальность целей и задач и
практическую значимость исследования, проводить анализ результатов и методического
опыта исследования применительно к общей фундаментальной проблеме в избранной
области (ОПК-5);
способность использовать специализированные знания фундаментальных разделов
математики, физики, химии и биологии для проведения исследований в области …
биоинформатики и смежных дисциплин (ОПК-6);
способность находить и использовать информацию, накопленную в базах данных
по структуре геномов, белков и другой биологической информации, владением
основными биоинформатическими средствами анализа геномной, структурной и иной
биологической информации (ОПК-8);
способность создавать компьютерные программы, базы данных и иные
программные продукты, используемые в … биоинформатике (ОПК-9);
способность самостоятельно проводить теоретическую и экспериментальную
научно-исследовательскую работу в области … биоинформатики и смежных дисциплин, а
также оформлять ее в письменной форме, излагать в устной форме и участвовать в
различных формах дискуссий (ПК-1).
Задачей дисциплины является научить студента:
Знать:
1. Основные термины и понятия биоинформатики, современные концепции
биоинформатики;
2. Объекты изучения биоинформатики: последовательности аминокислот и
нуклеиновых кислот;
3. Методы исследования биологических последовательностей, их описания,
предсказания структуры и функций;
4. Технические и программные средства реализации информационных
технологий;
5. Основы работы в локальных и глобальных сетях;
6. Особенности, возможности и ограничения специализированных баз данных
и специфику работы с ними;
7. Типовые численные методы решения математических задач и алгоритмы их
реализации.
Уметь:
1. Ориентироваться в глобальных и локальных сетях, работать со
специализированными серверами и различными базами данных;
2. Находить, анализировать, обобщать и систематизировать научные данные,
полученные в ходе биологических, химических и физических
экспериментов, для постановки целей исследования и выбора оптимальных
путей и методов их достижения;
3. Подбирать необходимые и оптимальные условия проведения научного
анализа в зависимости от специфики поставленной задачи с применением
методов биоинформатики;
4. Использовать стандартные и специализированные пакеты прикладных
компьютерных
программ
для
решения
практических
задач
биоинформатики.
Владеть:
1. Навыками использования программных средств и работы в компьютерных
сетях, использования ресурсов Интернета применительно к биологическим
объектам;
2. Основными методами, способами и средствами получения, хранения, анализа
и систематизации информации применительно к биологическим объектам;
3. Правилами расчетов оптимальных параметров проведения анализа,
систематизации и интерпретации данных биологических объектов, и их
корректирования;
4. Методами
проведения
необходимых
этапов
статистического
и
сравнительного
анализа,
компьютерной
обработки,
диагностики,
моделирования биологических последовательностей.
2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО Университета.
2.1. Дисциплина относится к базовой части учебного плана.
2.2. Для изучения дисциплины необходимы знания,
формируемые предшествующими дисциплинами/практиками:
Иностранный язык
умения
и
навыки,
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основной биологической, химической, медицинской и фармацевтической
терминологии на английском языке;
Умения: чтения и письма на английском языке биологических и химических терминов.
Математика
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основные понятия и методы математического анализа аналитической геометрии,
линейной алгебры, дифференциального и интегрального исчисления; дифференциальных
уравнений и элементов теории уравнений математической физики; теории вероятностей и
математической статистики, математических методов решения профессиональных задач;
Умения: проводить анализ функций, решать основные задачи теории вероятности и
математической статистики; решать уравнения и системы дифференциальных уравнений
применительно к реальным процессам; использовать аналитические и численные методы
решения алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений;
Навыки: методы математического анализа.
Информатика
(наименование дисциплины/практики)
Знания: технические и программные средства реализации информационных технологий,
основы работы в локальных и глобальных сетях, типовые численные методы решения
математических задач и алгоритмы их реализации, один из языков программирования
высокого уровня;
Умения: использовать стандартные пакеты прикладных компьютерных программ для
решения практических задач;
Навыки: основные методы работы с прикладными программными средствами.
Физика
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основных законов физики, физических явлений и закономерностей;
характеристик физических факторов, оказывающих воздействие на живой организм;
принцип действия приборов и аппаратуры при физическом анализе веществ;
Умения: использовать основные приемы обработки экспериментальных данных;
Навыки: приемы определения структуры биологически активных соединений на основе их
физико-химических характеристик.
Химия
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основы строения атомов и молекул, теории химической связи в соединениях
разных типов, строения вещества в конденсированном состоянии, основы химической
термодинамики, методов описания химических равновесий в растворах электролитов,
гидролиза солей, основы химической кинетики;
Умения: теоретически обосновывать химические основы связей; применять правила
различных номенклатур; определять по справочным данным энергетические
характеристики и геометрию молекул, термодинамические характеристики химических
реакций, величины pH и характеристики диссоциации электролитов;
Навыки: приемы определения структуры биологически активных соединений на основе их
физико-химических характеристик.
Физическая химия
(наименование дисциплины/практики)
Знания: начала термодинамики и основные уравнения химической термодинамики,
методы термодинамического описания химических и фазовых равновесий в
многокомпонентных
системах;
термодинамику
растворов
электролитов
и
электрохимических систем; уравнения формальной кинетики и теории кинетики сложных
цепных, гетерогенных и фотохимических реакций; основные теории гомогенного,
гетерогенного и ферментативного катализа.
Генетика
(наименование дисциплины/практики)
Знания: понятие о наследственности и изменчивости, Ч.Дарвин и гипотеза пангенезиса,
основные положения, обосновывающие эту гипотезу; теория эволюции Ж.Б.Ламарка,
теория зародышевой плазмы А.Вейсмана, значение работы Г.Менделя в становлении
генетики как науки; методы генетики: гибридологический, цитологический, физикохимический, онтогенетический, математический и др; предмет генетики и его место в
системе биологических наук, значение генетики для решения задач селекции, медицины,
биотехнологии и экологии; клеточное строение организмов, строение клетки, хромосомы
их типы и строение; деление клетки, митоз, биологическое значение митоза; мейоз,
генетический контроль мейоза, генетическое значение мейоза, микро- и макроспорогенез;
взаимодействие генов, не мешающих проявлению друг друга, различия между
взаимодействием доминантных и рецессивных генов, комплементарное взаимодействие
генов; супрессия, доминантный эпистаз, криптомерия (рецессивный эпистаз); полимерия,
особенности наследования количественных признаков, трансгрессия, плейотропия; гены
модификаторы, пенетрантность и экспрессивность генов, влияние внешних условий на
проявление действия гена, норма реакции генотипа.
Биохимия
(наименование дисциплины/практики)
Знания: биохимических структур про- и эукариотических
клеток; строение и состав
генома прокариотических и эукариотических организмов; основ энергетического и
конструктивного метаболизмов;
Умения: анализ роли внутриклеточных компонентов, биополимеров и выявление
взаимосвязь биохимических процессов в клетке .
Биоэнергетика
(наименование дисциплины/практики)
- конвертируемые формы энергии в клетке, свойства АТФ,
определяющие его роль в энергетике клетки. Понятие макроэргических соединений,
бактериохлорофилл; энергетическая система хлоропластов; пути унификации
энергетических ресурсов при аэробном типе энергетики; дыхательная цепь; Особые типы
энергоснабжения.
Микробиология
(наименование дисциплины/практики)
Знания: уровни организации и свойства живых систем; химическая организация, строение
и функции клетки эукариотов и прокариотов; обмен веществ и превращение энергии в
клетке; воспроизведение и жизненный цикл клетки; размножение и индивидуальное
развитие организмов; основные таксоны живых организмов; закономерности
наследования и изменчивости; эволюционное учение; микроэволюция и макроэволюция;
генетические и экологические основы эволюции; метаболизм микроорганизмов;
анаэробное и аэробное окисление у микроорганизмов; процессы биосинтеза и
биотрансформации у микроорганизмов; строение состав и физиологическая роль
клеточной стенки и цитоплазматической мембраны; внутриклеточные органеллы; пути и
механизмы преобразования энергии в живых системах; аэробные и анаэробные
окислительно-восстановительные процессы; фотосинтез и хемосинтез; азотфиксация;
биосинтез веществ в клетках; организация биосинтетических процессов в клетках
эукариот и прокариот; вторичные метаболиты; транспорт субстратов и продуктов;
Умения: идентификации структур прокариот и эукариот по молекулярноморфологическим и цитологическим признакам; оценки типа метаболизма клеток.
Молекулярная биология
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основные термины и понятия молекулярной биологии; объекты изучения, методы
исследования, современные концепции, достижения и ограничения естественных наук:
физики, химии, биологии; молекулярные основы процессов, протекающих в живой
клетке: репликации, транскрипции, трансляции, рекомбинации, репарации, процессинга
РНК и белков, белкового фолдинга и докинга; основные способы межмолекулярных
взаимодействий и взаимную регуляцию процессов функционирования живой клетки в
составе многоклеточного организма.
Умения: Использовать молекулярно-биологические знания для более глубокого
понимания современных проблем биологии; связывать достижения в молекулярной
биологии с успехами современной генетики, иммунологии, геномики, протеомики и
медицины; использовать достижения молекулярной биологии в решении задач селекции,
медицины, экологии и биотехнологии, а также применять полученные знания в
дальнейшей практической деятельности.
Навыки: современными представлениями об основах биотехнологий и генной инженерии,
нанобиотехнологии, молекулярного моделирования; навыками эксплуатации современной
аппаратуры и оборудования для проведения научно-исследовательских и лабораторных
работ; по практическому применению рассматриваемых в курсе вопросов в генетической,
белковой и клеточной инженерии, с использованием в биомедицинских исследованиях и в
биотехнологических производствах.
Энзимология
(наименование дисциплины/практики)
Знания: научные и практические аспекты энзимологии, структурная организация
ферментов, механизм действия ферментов, кинетика ферментативных реакций, регуляция
и секреция ферментов; методы выделения, очистки и использования ферментов.
2.3. Изучение дисциплины необходимо для знаний, умений и навыков,
формируемых последующими дисциплинами/практиками:
Структурная аннотация биополимеров
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основные термины и понятия биоинформатики, современные концепции
биоинформатики; объекты изучения биоинформатики: последовательности аминокислот и
нуклеиновых кислот; методы исследования биологических последовательностей, их
описания и предсказания структуры: первичной, вторичной, супервторичной, доменной,
глобулярной и четвертичной;
технические и программные средства реализации
информационных технологий; основы работы в локальных и глобальных сетях;
особенности, возможности и ограничения специализированных баз данных и специфику
работы с ними; типовые численные методы решения математических задач и алгоритмы
их реализации.
Умения: ориентироваться в глобальных и локальных сетях, работать со
специализированными серверами и различными базами данных; находить, анализировать,
обобщать и систематизировать научные данные, полученные в ходе биологических,
химических и физических экспериментов, для предсказания структуры биомакромолекул
и ее аннотации; подбирать необходимые и оптимальные условия проведения научного
анализа в зависимости от специфики поставленной задачи с применением методов
биоинформатики; использовать стандартные и специализированные пакеты прикладных
компьютерных программ для решения практических задач биоинформатики.
Навыки: навыками использования программных средств и работы в компьютерных сетях,
использования ресурсов Интернета применительно к биологическим объектам;
основными методами, способами и средствами получения, хранения, анализа и
систематизации информации применительно к биологическим объектам; правилами
расчетов оптимальных параметров проведения анализа, систематизации и интерпретации
данных биологических объектов,
и их корректирования и аннотации; методами
проведения необходимых этапов статистического и сравнительного анализа,
компьютерной
обработки,
диагностики,
моделирования
биологических
последовательностей с целью предсказания их структуры.
Функциональная аннотация биополимеров
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основные термины и понятия биоинформатики, современные концепции
биоинформатики и ее применимость к структурной аннотации биополимеров; объекты
изучения биоинформатики: последовательности аминокислот и нуклеиновых кислот;
методы исследования биологических последовательностей, их описания и предсказания
структуры; технические и программные средства реализации информационных
технологий; основы работы в локальных и глобальных сетях; особенности, возможности и
ограничения специализированных баз данных и специфику работы с ними; типовые
численные методы решения математических задач и алгоритмы их реализации.
Умения: ориентироваться в глобальных и локальных сетях, работать со
специализированными серверами и
различными базами данных, содержащие
информацию о функциональных особенностях биополимеров; находить, анализировать,
обобщать и систематизировать научные данные, полученные в ходе биологических,
химических и физических экспериментов, для предсказания функций биомакромалекул и
их аннотации; подбирать необходимые и оптимальные условия проведения научного
анализа в зависимости от специфики поставленной задачи с применением методов
биоинформатики; использовать стандартные и специализированные пакеты прикладных
компьютерных программ для предсказания функциональных особенностей биоплимеров.
Навыки: использование программных средств и работы в компьютерных сетях,
использование ресурсов Интернета применительно к биологическим объектам для
предсказания и аннотации их функций; основные методы, способы и средства получения,
хранения, анализа и систематизации информации применительно к биологическим
объектам и их функциональной аннотации; использование правил расчетов оптимальных
параметров проведения анализа, систематизации и интерпретации данных биологических
объектов, предсказание функциональных особенностей биомакромолекул, их аннотация и
корректирования; методами проведения необходимых этапов статистического и
сравнительного анализа, компьютерной обработки, диагностики, моделирования
биологических последовательностей для предсказания их функций.
Геномика и протеомика
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основы биоинформатики; последние достижения и новые разработки в области
биоинформатики; механизмы сохранения информации живыми системами и реализации
программ, заложенных геномами;
Умения: получать и грамотно использовать информацию, накопленную в базах данных по
структуре геномов, белков, и другой биологической информации; создавать
специализированные и общедоступные биоинформационные сайты; выделять и
исследовать различные биомолекулы;
Навыки: использование современных методов программирования, навыки работы с
биоинформационными
ресурсами;
физико-химическими
методы
исследования
макромолекул.
Генная инженерия
(наименование дисциплины/практики)
Знания: терминологии, используемой в генетической и клеточной инженерии; основных
объектов клеточной и генетической инженерии, прежде всего измененных природных и
искусственных организмов (от вирусов и одноклеточных до многоклеточных), а также
биомакромолекул; основных методов получения рекомбинантных молекул ДНК, способы
внедрения рекомбинантных молекул в исследуемые организмы и получение штаммов
микроорганизмов и клеточных линий со стабильной экспрессией чужеродных генов;
технологии культивирования изолированных клеток и тканей.
Умения: подбирать оптимальные практические пути использования рекомбинантных ДНК
и культур клеток и тканей для решения типичных задач профессиональной области;
интерпретировать и оценивать экспериментальную информацию по биологическим
объектам (расшифрованных геномов, пространственных структур биомолекул,
взаимодействия биологических объектов); оценивать степень риска работы с генноинженерными объектами и проводить их мониторинг в объектах окружающей среды;
использовать необходимое для проведения экспериментов лабораторное оборудование;
проводить поиск научной литературы по изучаемой проблеме и ее анализировать,
грамотно излагать теоретический материал и вести дискуссию;
Навыки: генно-инженерных методов получения рекомбинантных молекул in vitro;
методов внедрения чужеродной рекомбинантной ДНК в клетки про- и эукариот; методов
выделения рекомбинантных ДНК из клеток про- и эукариот и их анализа; методов
мониторинга и контроля генно-инженерных организмов в продукции и объектах
окружающей среды.
Биоинженерия
(наименование дисциплины/практики)
Знания: основные термины и понятия биоинженерии; объекты изучения, методы
исследования, современные концепции, достижения и ограничения естественных наук:
физики, химии, биологии; молекулярные основы процессов, протекающих в живой
клетке: репликации, транскрипции, трансляции, рекомбинации, репарации, процессинга
РНК и белков, белкового фолдинга и докинга; принципы современной генной и
генетической инженерии.
Умения: использовать молекулярно-биологические знания для более глубокого
понимания современных проблем биологии; связывать достижения в биоинженерии с
успехами современной генетики, иммунологии, геномики, протеомики и медицины;
использовать достижения молекулярной биологии и принципы генной инженерии в
решении задач селекции, медицины, экологии и биотехнологии, а также применять
полученные знания в дальнейшей практической деятельности.
Навыки: современными представлениями об основах биотехнологий и генной инженерии,
нанобиотехнологии, молекулярного моделирования; навыками эксплуатации современной
аппаратуры и оборудования для проведения научно-исследовательских и лабораторных
работ; навыками по практическому применению рассматриваемых в курсе вопросов в
генетической, белковой и клеточной инженерии, с использованием в биомедицинских
исследованиях и в биотехнологических производствах; генно-инженерными методами и
технологиями
создания
и
использования
генетически
трансформированных
(модифицированных) растений, животных, микроорганизмов в целях интенсификации
производства и получения новых видов продуктов различного назначения; поиском
информации в глобальной сети интернет.
3. Требования к результатам освоения дисциплины.
Изучение дисциплины направлено на формирование у обучающихся следующих общекультурных (ОК), общепрофессиональных
(ОПК) и профессиональных (ПК) компетенций:
п/№ Код
компетенции
Содержание компетенции (или ее части)
ОПК-4
способность порождать новые идеи,
выявлять фундаментальные проблемы,
формулировать задачи, связанные с
реализацией
профессиональных
функций, использовать для их решения
методы изученных наук;
1
В результате изучения дисциплины обучающиеся должны:
Знать
Уметь
Владеть
Оценочные
средства*
Основные
Находить,
Основными
Собеседование;
термины и
анализировать,
методами,
Тестирование
понятия
обобщать и
способами и
биоинформатик систематизиров средствами
и, современные ать научные
получения,
концепции
данные,
хранения,
биоинформатик полученные в
анализа и
и;
ходе
систематизации
объекты
биологических, информации
изучения
химических и
применительно
биоинформатик физических
к
и:
экспериментов, биологическим
последовательн для постановки объектам;
ости
целей
Правилами
аминокислот и
исследования и расчетов
нуклеиновых
выбора
оптимальных
кислот;
оптимальных
параметров
методы
путей и методов проведения
исследования
их достижения; анализа,
биологических
Подбирать
систематизации
последовательн необходимые и и
остей, их
оптимальные
интерпретации
описания,
условия
данных
предсказания
проведения
биологических
структуры и
научного
объектов, и их
функций;
2
ОПК-5
способность применять методы …
биоинформатики для получения новых
знаний и для получения биологических
объектов
с
целенаправленно
измененными свойствами, применять
современные методы исследований,
определять актуальность целей и задач и
практическую значимость исследования,
проводить
анализ
результатов
и
методического
опыта
исследования
применительно
к
общей
фундаментальной проблеме в избранной
Основные
термины и
понятия
биоинформатик
и, современные
концепции
биоинформатик
и;
объекты
изучения
биоинформатик
и:
анализа в
зависимости от
специфики
поставленной
задачи с
применением
методов
биоинформатик
и;
использовать
стандартные и
специализирова
нные пакеты
прикладных
компьютерных
программ для
решения
практических
задач
биоинформатик
и.
Ориентироватьс
я в глобальных
и локальных
сетях, работать
со
специализирова
нными
серверами и
различными
базами данных;
находить,
анализировать,
корректировани
я;
Навыками
использования
программных
средств и
работы в
компьютерных
сетях,
использования
ресурсов
Интернета
применительно
к
Собеседование;
Тестирование
области;
последовательн
ости
аминокислот и
нуклеиновых
кислот;
методы
исследования
биологических
последовательн
остей, их
описания,
предсказания
структуры и
функций;
технические и
программные
средства
реализации
информационны
х технологий;
особенности,
возможности и
ограничения
специализирова
нных баз
данных и
специфику
работы с ними;
обобщать и
систематизиров
ать научные
данные,
полученные в
ходе
биологических,
химических и
физических
экспериментов,
для постановки
целей
исследования и
выбора
оптимальных
путей и методов
их достижения;
подбирать
необходимые и
оптимальные
условия
проведения
научного
анализа в
зависимости от
специфики
поставленной
задачи с
применением
методов
биоинформатик
и;
использовать
биологическим
объектам;
основными
методами,
способами и
средствами
получения,
хранения,
анализа и
систематизации
информации
применительно
к
биологическим
объектам;
правилами
расчетов
оптимальных
параметров
проведения
анализа,
систематизации
и
интерпретации
данных
биологических
объектов, и их
корректировани
я;
методами
проведения
необходимых
этапов
3
ОПК-6
способность
использовать
специализированные
знания
фундаментальных разделов математики,
физики, химии и биологии для
проведения исследований в области …
биоинформатики и смежных дисциплин;
Основные
термины и
понятия
биоинформатик
и, современные
концепции
биоинформатик
и;
объекты
изучения
биоинформатик
и:
последовательн
ости
аминокислот и
нуклеиновых
кислот;
методы
исследования
биологических
последовательн
стандартные и
специализирова
нные пакеты
прикладных
компьютерных
программ для
решения
практических
задач
биоинформатик
и.
статистического
и
сравнительного
анализа,
компьютерной
обработки,
диагностики,
моделирования
биологических
последовательн
остей.
находить,
анализировать,
обобщать и
систематизиров
ать научные
данные,
полученные в
ходе
биологических,
химических и
физических
экспериментов,
для постановки
целей
исследования и
выбора
оптимальных
путей и методов
их достижения;
подбирать
необходимые и
Основными
методами,
способами и
средствами
получения,
хранения,
анализа и
систематизации
информации
применительно
к
биологическим
объектам;
правилами
расчетов
оптимальных
параметров
проведения
анализа,
систематизации
Собеседование;
Тестирование
остей, их
описания,
предсказания
структуры и
функций;
типовые
численные
методы решения
математических
задач и
алгоритмы их
реализации.
4
ОПК-8
способность находить и использовать
информацию, накопленную в базах
данных по структуре геномов, белков и
другой биологической информации,
владением
основными
биоинформатическими
средствами
анализа геномной, структурной и иной
биологической информации;
Основные
термины и
понятия
биоинформатик
и, современные
концепции
биоинформатик
и;
оптимальные
условия
проведения
научного
анализа в
зависимости от
специфики
поставленной
задачи с
применением
методов
биоинформатик
и;
Использовать
стандартные и
специализирова
нные пакеты
прикладных
компьютерных
программ для
решения
практических
задач
биоинформатик
и.
Ориентироватьс
я в глобальных
и локальных
сетях, работать
со
специализирова
нными
серверами и
и
интерпретации
данных
биологических
объектов, и их
корректировани
я;
методами
проведения
необходимых
этапов
статистического
и
сравнительного
анализа,
компьютерной
обработки,
диагностики,
моделирования
биологических
последовательн
остей.
Навыками
использования
программных
средств и
работы в
компьютерных
сетях,
использования
Собеседование;
Тестирование
объекты
изучения
биоинформатик
и:
последовательн
ости
аминокислот и
нуклеиновых
кислот;
методы
исследования
биологических
последовательн
остей, их
описания,
предсказания
структуры и
функций;
основы работы
в локальных и
глобальных
сетях;
особенности,
возможности и
ограничения
специализирова
нных баз
данных и
специфику
работы с ними;
различными
базами данных;
находить,
анализировать,
обобщать и
систематизиров
ать научные
данные,
полученные в
ходе
биологических,
химических и
физических
экспериментов,
для постановки
целей
исследования и
выбора
оптимальных
путей и методов
их достижения;
подбирать
необходимые и
оптимальные
условия
проведения
научного
анализа в
зависимости от
специфики
поставленной
задачи с
применением
ресурсов
Интернета
применительно
к
биологическим
объектам;
основными
методами,
способами и
средствами
получения,
хранения,
анализа и
систематизации
информации
применительно
к
биологическим
объектам;
правилами
расчетов
оптимальных
параметров
проведения
анализа,
систематизации
и
интерпретации
данных
биологических
объектов, и их
корректировани
я;
5
ОПК-9
способность создавать компьютерные
программы, базы данных и иные
программные продукты, используемые в
… биоинформатике;
Основные
термины и
понятия
биоинформатик
и, современные
концепции
биоинформатик
и;
технические и
программные
средства
реализации
информационны
х технологий;
основы работы
в локальных и
глобальных
методов
биоинформатик
и;
использовать
стандартные и
специализирова
нные пакеты
прикладных
компьютерных
программ для
решения
практических
задач
биоинформатик
и.
методами
проведения
необходимых
этапов
статистического
и
сравнительного
анализа,
компьютерной
обработки,
диагностики,
моделирования
биологических
последовательн
остей.
Ориентироватьс
я в глобальных
и локальных
сетях, работать
со
специализирова
нными
серверами и
различными
базами данных;
использовать
стандартные и
специализирова
нные пакеты
прикладных
компьютерных
программ для
Навыками
использования
программных
средств и
работы в
компьютерных
сетях,
использования
ресурсов
Интернета
применительно
к
биологическим
объектам;
основными
методами,
способами и
Собеседование;
Тестирование
сетях;
особенности,
возможности и
ограничения
специализирова
нных баз
данных и
специфику
работы с ними;
решения
практических
задач
биоинформатик
и.
средствами
получения,
хранения,
анализа и
систематизации
информации
применительно
к
биологическим
объектам;
правилами
расчетов
оптимальных
параметров
проведения
анализа,
систематизации
и
интерпретации
данных
биологических
объектов, и их
корректировани
я;
методами
проведения
необходимых
этапов
статистического
и
сравнительного
анализа,
компьютерной
6
ПК-1
способность самостоятельно проводить
теоретическую и экспериментальную
научно-исследовательскую работу в
области … биоинформатики и смежных
дисциплин, а также оформлять ее в
письменной форме, излагать в устной
форме и участвовать в различных формах
дискуссий
Основные
термины и
понятия
биоинформатик
и, современные
концепции
биоинформатик
и;
объекты
изучения
биоинформатик
и:
последовательн
ости
аминокислот и
нуклеиновых
кислот;
методы
исследования
биологических
последовательн
остей, их
описания,
предсказания
структуры и
функций;
технические и
Ориентироватьс
я в глобальных
и локальных
сетях, работать
со
специализирова
нными
серверами и
различными
базами данных;
находить,
анализировать,
обобщать и
систематизиров
ать научные
данные,
полученные в
ходе
биологических,
химических и
физических
экспериментов,
для постановки
целей
исследования и
выбора
оптимальных
обработки,
диагностики,
моделирования
биологических
последовательн
остей.
Навыками
использования
программных
средств и
работы в
компьютерных
сетях,
использования
ресурсов
Интернета
применительно
к
биологическим
объектам;
основными
методами,
способами и
средствами
получения,
хранения,
анализа и
систематизации
информации
применительно
к
биологическим
объектам;
Собеседование;
Тестирование
программные
средства
реализации
информационны
х технологий;
основы работы
в локальных и
глобальных
сетях;
особенности,
возможности и
ограничения
специализирова
нных баз
данных и
специфику
работы с ними;
типовые
численные
методы решения
математических
задач и
алгоритмы их
реализации
путей и методов
их достижения;
подбирать
необходимые и
оптимальные
условия
проведения
научного
анализа в
зависимости от
специфики
поставленной
задачи с
применением
методов
биоинформатик
и;
использовать
стандартные и
специализирова
нные пакеты
прикладных
компьютерных
программ для
решения
практических
задач
биоинформатик
и.
правилами
расчетов
оптимальных
параметров
проведения
анализа,
систематизации
и
интерпретации
данных
биологических
объектов, и их
корректировани
я;
методами
проведения
необходимых
этапов
статистического
и
сравнительного
анализа,
компьютерной
обработки,
диагностики,
моделирования
биологических
последовательн
остей.
4. Разделы дисциплины и компетенции, которые формируются при их изучении:
Код
Содержание раздела в
п/№ компетен
Наименование раздела дисциплины
дидактических единицах
ции
Введение в биоинформатику
Цели и задачи
биоинформатики. Связь
ОПК-4
биоинформатики с другими
ОПК-5
естественными науками.
ОПК-6
Основные инструменты.
1. ОПК-8
Базы данных. Электронные
ОПК-9
библиотечные ресурсы.
ПК-1
Биологическая
классификация и
номенклатура. Интернет.
HTML. Поисковые системы.
Статистический анализ. MS-Excel
Изучение возможностей
Excel (ввод данных,
ОПК-4
вычисления, формулы) на
ОПК-5
примере первичной
ОПК-6
последовательности белков.
2. ОПК-8
Определение
ОПК-9
аминокислотного состава
ПК-1
белков и предсказание их
возможных свойств,
функций, локализации.
ChemSketch, редактор химических формул Знакомство с редактором
ОПК-4
химических формул
ОПК-5
ChemSketch.
ОПК-6
Функциональные
3. ОПК-8
возможности, создание
ОПК-9
графических иллюстраций
ПК-1
формул сложных
органических соединений и
химических реакций.
Пространственная структура
PDB. Структура записи PDB.
биополимеров
Визуализация, анализ
структурных особенностей,
моделирование, описание
вторичной и третичной
ОПК-4
структуры белков с
ОПК-5
помощью программы
ОПК-6
RasMol.
4. ОПК-8
Предсказание параметров
ОПК-9
спирали ДНК. Предсказание
ПК-1
и представление вторичной
структуры РНК.
Минимизация энергии
вторичной структуры
(динамическое
программирование).
ОПК-4
Базы данных
Основы структур баз данных
5.
ОПК-5
(записи, поля, объекты).
ОПК-6
ОПК-8
ОПК-9
ПК-1
Поиск гомологичных последовательностей
6.
ОПК-4
ОПК-5
ОПК-6
ОПК-8
ОПК-9
ПК-1
Метаболические пути
7.
ОПК-4
ОПК-5
ОПК-6
ОПК-8
ОПК-9
ПК-1
Классификация
баз
по
способу
заполнения
(автоматические, архивные,
курируемые). Основные базы
данных: GenBank, EMBL,
SwissProt, TrEMBL, PIR,
PDB. Базы, содержащие
результаты
глобальных
экспериментов по анализу
экспрессии, протеомике, и
т.п.
Банки
белковых
семейств (SCOP, Prosite,
ProDom, PFAM, InterPro).
Метаболические
базы
данных. Генетические банки
(физические карты, OMIM).
Специализированные банки
данных.
Понятие о выравнивании.
Выравнивание белковых и
нуклеотидных
последовательностей. Работа
в командной строке Linux
(пакет EMBOSS).
Знакомство с семейством
программ, служащих для
поиска гомологов белков и
нуклеиновых кислот по
имеющейся первичной
последовательности.
Изучение функциональных
особенностей основных
групп программ:
нуклеотидные (megablast,
dmegablast, blastn), белковые
(blastp, cdart, rpsblast, psiblast, phi-blast),
транслирующие (blastx,
tblastn, tblastx), геномные и
специальные (bl2seq,
VecScreen).
Знакомство с базой знаний
по систематическому
анализу функций генов.
Ознакомление с основными
базами данных:
метаболических путей
(PATHWAY), генов
(GENES), лигандов
(LIGAND),
экспериментальных данных
по экспрессии генов
(EXPRESSION и BRITE) и
белков (SSDB). Сравнение
метаболических путей
различных организмов и их
изменения в ходе эволюции.
5. Распределение трудоемкости дисциплины.
5.1. Распределение трудоемкости дисциплины и видов учебной работы по
семестрам:
Вид учебной работы
Аудиторная работа, в том числе
Лекции (Л)
Лабораторные практикумы (ЛП)
Практические занятия (ПЗ)
Клинические практические занятия
(КПЗ)
Семинары (С)
Самостоятельная работа студента (СРС)
Промежуточная аттестация
экзамен
ИТОГО
Трудоемкость
объем в
объем в
зачетных
академичес
единицах
ких часах
(ЗЕ)
(АЧ)
9
Трудоемкость семестра
(АЧ)
5
6
7
64
24
24
16
96
36
36
24
158
48
48
62
108
6
108
6
324
108
5.2. Разделы дисциплины, виды учебной работы и формы текущего контроля:
п/№ №
Наименование
Виды учебной работы (в АЧ)
Оценочные
семестра раздела дисциплины
средства
Л ЛП ПЗ КПЗ С СРС всего
1
5
Введение
в 4
4
8
16
Собеседование,
биоинформатику
тестирование
2
5
Статистический
4
6
12
22
Собеседование,
анализ. MS-Excel
тестирование
3
5
ChemSketch,
4
6
12
22
Собеседование,
редактор
тестирование
химических формул
4
5
Пространственная
12
20
16
48
Собеседование,
структура
тестирование
биополимеров
5
6
Пространственная
12
4
16
32
Собеседование,
структура
тестирование
биополимеров
6
6
Базы данных
12
32
32
76
Собеседование,
тестирование
7
7
Поиск
12
16
31
59
Собеседование,
гомологичных
тестирование
последовательностей
8
7
Метаболические
4
8
31
43
Собеседование,
пути
тестирование
экзамен
6
ИТОГО
64
96
158 324
п/№
5.3. Распределение лекций по семестрам:
Наименование тем лекций
Объем в АЧ
Семестр
5
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Цели и задачи биоинформатики. Связь биоинформатики с
другими естественными науками. Основные инструменты.
Уровни структурной организации белков. Полипептидная
цепь белка.
Элементы вторичной структуры белка: α-спирали и β-тяжи.
Доменная структура белков.
Глобулярная
структура
и
взаимодействия,
стабилизирующие ее.
ACD ChemSketch
Нуклеиновые
кислоты.
Химическая
структура.
Пространственная структура ДНК и РНК.
Банки данных. UniProt, EMBL, TrEMBL, PIR, PDB, PFAM,
PubMed
Сравнительный анализ. Сравнение биологических текстов
на примере аминокислотных последовательностей. Парные
и множественные выравнивания. Локальные и глобальные
выравнивания.
BLAST
инструмент
для
быстрого
поиска
последовательностей в банках данных по гомологии.
Эволюция. Функции. Метаболические пути. Энциклопедия
KEGG.
ИТОГО (всего 64
АЧ)
6
7
4
4
4
4
4
4
12
12
8
4
4
24
24
16
5.4. Распределение лабораторных практикумов по семестрам: не предусмотрено
5.5. Распределение тем практических занятий по семестрам:
п/№ Наименование тем практических занятий
Объем в АЧ
Семестр
5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Интернет. HTML. Поисковые системы
Первичная последовательность белков. Excel. Ввод данных,
вычисления, формулы.
ChemSketch. Формулы, реакции.
RasMol. Исследование структуры гемоглобина.
RasMol. Вторичная и третичная структуры белков.
RasMol. Доменная структура белков.
Пространственная структура ДНК и РНК.
Банки данных белковых последовательностей. UniProt.
PIR.
EMBL, TrEMBL.
PDB.
PFAM.
PubMed.
Сравнительный анализ. Выравнивания.
Выравнивание белковых последовательностей.
Выравнивание нуклеотидных последовательностей.
6
7
4
6
6
6
6
8
4
6
6
6
6
4
4
4
4
4
17
18
19
Поиск последовательностей в банках данных по гомологии.
BLAST.
Функции генов и их продуктов. Онтологии. Классификация.
Метаболические пути. KEGG.
ИТОГО (всего 96
АЧ)
4
36
36
4
4
24
5.6. Распределение тем клинических практических занятий по семестрам: не
предусмотрено
5.7. Распределение тем семинаров по семестрам: не предусмотрено
5.8. Распределение самостоятельной работы студента (СРС) по видам и семестрам:
п/№ Наименование вида СРС*
Объем в АЧ
Семестр
1.
2.
3.
4.
Работа с литературными источниками информации по
изучаемому разделу
Подготовка к тематическим занятиям
Подготовка к входному контролю
Подготовка к экзамену
ИТОГО (всего 158
АЧ)
5
6
7
18
18
10
18
12
18
12
48
48
10
12
30
62
6. Оценочные средства для контроля успеваемости и результатов освоения
дисциплины.
Контрольные вопросы к собеседованию:
1. Цели и задачи биоинформатики. Связь биоинформатики с другими естественными
науками. Основные инструменты.
2. Базы данных. Электронные библиотечные ресурсы. Биологическая классификация
и номенклатура.
3. Интернет. HTML. Поисковые системы.
4. Изучение возможностей Excel (ввод данных, вычисления, формулы). Определение
аминокислотного состава белков и предсказание их возможных свойств, функций,
локализации.
5. Знакомство с редактором химических формул ChemSketch. Функциональные
возможности, создание графических иллюстраций формул сложных органических
соединений и химических реакций.
6. PDB. Структура записи PDB. Визуализация, анализ структурных особенностей,
моделирование, предсказание вторичной и третичной структуры белков с помощью
программы RasMol.
7. Предсказание параметров спирали ДНК.
8. Предсказание и представление вторичной структуры РНК. Минимизация энергии
вторичной структуры (динамическое программирование).
9. Основы структур баз данных (записи, поля, объекты). Классификация баз по
способу заполнения (автоматические, архивные, курируемые). Основные базы
данных: GenBank, EMBL, SwissProt, TrEMBL, PIR, PDB.
10. Базы, содержащие результаты глобальных экспериментов по анализу экспрессии,
протеомике, и т.п. Банки белковых семейств (SCOP, Prosite, ProDom, PFAM,
InterPro).
11. Метаболические базы данных. Генетические банки (физические карты, OMIM).
Специализированные банки данных.
12. Знакомство с семейством программ, служащих для поиска гомологов белков и
нуклеиновых кислот по имеющейся первичной последовательности. Изучение
функциональных особенностей основных групп программ: нуклеотидные
(megablast, dmegablast, blastn), белковые (blastp, cdart, rpsblast, psi-blast, phi-blast).
13. Знакомство с семейством программ, служащих для поиска гомологов белков и
нуклеиновых кислот по имеющейся первичной последовательности. Изучение
функциональных особенностей основных групп программ: транслирующие (blastx,
tblastn, tblastx), геномные и специальные (bl2seq, VecScreen).
14. Знакомство с базой знаний по систематическому анализу функций генов.
Ознакомление с основными базами данных: метаболических путей (PATHWAY),
генов (GENES), лигандов (LIGAND), экспериментальных данных по экспрессии
генов (EXPRESSION и BRITE) и белков (SSDB).
15. Сравнение метаболических путей различных организмов и их изменения в ходе
эволюции.
Тестовые задания:
1.
Ключевыми объектами биоинформатики являются:
а. Двигатель внутреннего сгорания;
б. Биологические последовательности (аминокислот
кислот);
в. Ультрацентрифуга;
г. Окаменелости Юрского периода.
и
нуклеиновых
2.
Первичная последовательность белков – это:
а. Совокупность α-спиралей и β-тяжей одного белка;
б. Совокупность белковых глобул;
в. Аминокислотная последовательность белка;
г. Последовательность нуклеотидов, входящих в состав структурной части
гена белка.
3.
Rasmol - это
а. Компьютерная программа, предназначенная для визуализации молекул и
используемая преимущественно для изучения и получения изображений
пространственных структур биологических макромолекул;
б. Семейство компьютерных программ, служащих для поиска гомологов
белков или нуклеиновых кислот, для которых известна первичная
структура (последовательность) или её фрагмент;
в. Графический редактор химических формул и реакций;
г. Программа для работы с электронными таблицами, предоставляющая
возможности экономико-статистических расчетов и графические
инструменты.
4.
GenBank – это:
а. База данных последовательностей белков, доступная для всех
пользователей;
б. База данных по семействам белков;
в. База данных, содержащая аннотированные последовательности ДНК и
РНК, поддерживаемая Национальным центром биотехнологической
информации США и доступная на безвозмездной основе исследователям
всего мира;
г. Банк данных 3-D структур белков и нуклеиновых кислот, в котором
информация получена методами рентгеновской кристаллографии или
ЯМР-спектроскопии.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины (печатные,
электронные издания, интернет и другие сетевые ресурсы).
№
1
7.1. Перечень основной литературы*:
Наименование согласно библиографическим требованиям
А. Леск. Введение в биоинформатику. Пер. с английского под редакцией А. А.
Миронова и В. К. Швядаса. Изд. Бином. Лаборатория знаний, 2009, 318 с.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
№
Адрес учебного
№
Площадь
Наименование оборудованных
п/п кабинетов*, объектов для помещения помещения учебных кабинетов, объектов для
проведения практических
(м2)
проведения практических занятий,
занятий, объектов
объектов физической культуры и
физической культуры и
спорта с перечнем основного
спорта
оборудования*
1
3
4
5
6
1 Ул. Трубецкая, д.8 стр.1
755
18
Компьютерный класс: компьютеры с
соответствующим программным
обеспечением (пакет программ
Microsoft Office: Excel, Word,
PowerPoint; Far manager, GeneDoc,
RasMol, ChemSketch, пакет
программ EMBOSS) и доступом к
интернету.
2 Ул. Трубецкая, д.8 стр.1
757 Б
38,5
Учебная аудитория
(мультимедийный комплекс ноутбук, проектор, экран).
9. Образовательные технологии в интерактивной форме, используемые в процессе
преподавания дисциплины*:
Дискуссия.
*имитационные технологии: ролевые и деловые игры, тренинг, игровое проектирование,
компьютерная симуляция, ситуация-кейс др.; неимитационные технологии: лекция (проблемная,
визуализация и др.), дискуссия (с «мозговым штурмом» и без него), стажировка, программированное
обучение и др.
Всего ____15___% интерактивных занятий от объема аудиторной работы.
9.1. Примеры образовательных технологий в интерактивной форме:
1…
9.2. Электронные образовательные ресурсы, используемые в процессе
преподавания дисциплины:
№
Наименование и краткая характеристика электронных
Количество
п/п образовательных и информационных ресурсов (электронных
экземпляров, точек
изданий и информационных баз данных)
доступа
1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
3
U.S. National Library of Medicine –
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed
Научный портал по биоинформатике –
http://www.bioinformatix.ru/
База данных генов и геномов GenBank –
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/index.html
База данных структур биологических макромолекул Protein
Data Bank (PDB) – http://www.rcsb.org/pdb/
Программный пакет EMBOSS (The European Molecular
Biology Open Software Suite) http://emboss.sourceforge.net/
Сайт визуализации метаболических и сигнальных путей
KEGG
(http://www.genome.jp/dbgetbin/show_pathway?hsa04010+5894)
База
данных
PPSEARCH
(http://www.ebi.ac.uk/Tools/ppsearch/) (поиск мотивов в
последовательностях и предсказание функции белка)
База данных доменов и семейств белков PROSITE
(http://ca.expasy.org/prosite/)
Электронная библиотека Первого МГМУ
4
неограниченно
неограниченно
неограниченно
неограниченно
неограниченно
неограниченно
неограниченно
неограниченно
неограниченно
Рабочая программа дисциплины
биоинформатики» разработана кафедрой
трансляционной медицины.
«Базы данных и основные методы
биотехнологии Института фармации и
Разработчик:
Старший преподаватель
____________________
Долудин Ю.В.
Принята на заседании кафедры биотехнологии Института фармации и трансляционной
медицины
«________» ______________201___г., протокол № _____
Заведующий кафедрой
___________________
С.В. Луценко
Одобрена Учебно-методическим советом Института фармации и трансляционной
медицины «______»_________________201___, протокол № _________
Председатель УМС
___________________
В.В.Тарасов
